科學家利用量子傳輸,將光子瞬間轉移到太空

中國科學家最近成功利用量子傳輸技術,將一顆光子的未知量子狀態從地面傳送到「墨子號」量子衛星。這「瞬間轉移」技術雖然還沒有《星艦迷航記》(Star Trek)里演的那樣酷炫,但該實驗成功將量子傳輸距離從幾百公里提高到 1400 公里,在遠距離量子傳輸領域往前邁進了一步。

 

量子通訊

量子通訊的運作原理是量子纏結。簡單點說,就是無論距離遠近,兩顆粒子可以瞬間影響彼此的狀態。乍看這有違常理,畢竟根據狹義相對論的觀點,訊息無法超越光速傳輸。然而,糾纏粒子的量子態是共享的,所以在量子力學的範疇內,兩顆粒子基本上可以說是二為一體。

量子纏結非常有用,但也很脆弱。一旦量子狀態被破壞,糾纏粒子就會回復各自獨立的狀態。因此,在空中或光纖通道中,超過 100 公里的量子傳輸較為困難。而在本次研究中,地面站台距離「墨子」號量子衛星的距離為 1400 公里,打破之前的實驗記錄。

量子電腦和量子網際網路

量子電腦是利用量子力學定律實現高速運算的電腦,速度將會超越目前任何的超級電腦。要讓不同的量子電腦之間交流,就要建立量子網際網路,所以量子通訊是必需實現的技術。研究小組在論文中寫道:「遠距離量子傳輸被認為是大規模量子網際網路和分散式量子計算的關鍵。」

該項研究顯示,要想建立量子通訊的全球網路,便需在太空中建立量子衛星網絡,如此才能真正發揮量子電腦和量子網際網路的優勢,而這研究正正為這些技術打好基礎。

 

資料來源:

  1. Ren, J. et al. (2017). Ground-to-satellite quantum teleportation. Arxiv: Quantum Physics. 
  2. Devlin, H. (2017, July). Beam me up, Scotty! Scientists teleport photons 300 miles into space. The Guardian
舒超
明日科學編輯,科大生命科學學院研究生,目前努力畢業中。做實驗之餘,喜歡讀書寫字,學習語言。鐘情中國古典文學。希望有朝一日走遍天下,增廣見聞。